检索结果-南通市图书馆

基于CAPT的无人船集群任务规划算法及三维仿真环境研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于CAPT的无人船集群任务规划算法及三维仿真环境研究

作者：陈展鹏南京邮电大学

学位级别：硕士

海洋蕴含着丰富的石油、矿产等资源,资源的开采和运输需要海上的船只作业,而海面天气较陆地更为多变且复杂,各种海面上的交通、灾害等问题频发,传统的有人驾驶的船只在海面上安全系数不高,会遇到各种安全问题。水面无人船,也称水面无人... 详细信息

海洋蕴含着丰富的石油、矿产等资源,资源的开采和运输需要海上的船只作业,而海面天气较陆地更为多变且复杂,各种海面上的交通、灾害等问题频发,传统的有人驾驶的船只在海面上安全系数不高,会遇到各种安全问题。水面无人船,也称水面无人艇或水面无人机器人,在现代海上工作和海军装备中已成为不可或缺的一部分,主要用来完成危险系数、复杂程度高的海面任务。传统的无人船控制和无人船路径规划研究大多是基于单艘无人船,而无人船集群相比单艘无人船具有更高的可靠性且能够完成更为复杂的海上任务,在如今的无人船研究中具有重要意义。本文主要从无人船集群任务规划算法、无人船路径跟踪控制和无人船集群三维仿真环境三个方面进行研究。（1）针对无人船集群中的任务规划问题,采用了基于CAPT（Concurrent Assignment and Planning of Trajectories,轨迹的并行分配与规划）算法的无人船集群任务规划算法,并提出了一种改进的CAPT算法用于解决有障碍物情况下的无人船集群任务规划问题。首先分析现有的无人船路径规划算法,然后研究无人船集群问题的定义以及CAPT算法的原理,设计基于CAPT算法的无人船集群任务规划仿真,并针对其无法解决复杂路径下避障的问题,将Theta*路径规划算法引入到集群路径规划中对CAPT算法进行改进,实现有障碍物的复杂情况下多艘无人船完成变换队形、路径规划等任务。最后对两种算法分别进行仿真实验,仿真实验结果表明,本文所提出的无人船集群任务规划算法具有良好的任务分配和路径规划效果。（2）针对无人船路径跟踪控制问题展开研究,提出了一种基于模型预测控制算法的无人船路径跟踪控制方法。首先对无人船的运动学模型进行分析,然后建立状态空间模型,利用模型预测控制算法和角度参考算法控制输出航向,最后在无风浪干扰和有风浪干扰的情况下进行无人船路径跟踪控制实验,结果表明,基于MPC的无人船路径跟踪控制算法在风浪干扰下具有良好的效果和鲁棒性。（3）针对无人船集群的三维仿真环境问题,设计并实现了基于开源三维渲染引擎OSG的海面无人船集群三维仿真软件。首先对OSG的场景图理论和快速傅里叶变换FFT的原理进行研究,基于osg Ocean设计了海面三维场景的框架,并使用FFTW库和天空盒加载的方法实现海面波浪三维效果和海面天气场景切换,利用三维建模软件3DS MAX设计无人船和障碍物的三维模型。最后,对本文所提出的基于CAPT算法的无人船集群任务规划算法和基于MPC的无人船路径跟踪控制算法进行三维仿真实验,实验结果表明,所设计的三维仿真软件具有较为真实的可视化效果,满足海面无人船集群三维场景可视化的需求。

关键词：水面无人船路径规划无人船集群 CAPT算法 OSG 三维仿真

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

弱通信条件下无人船集群的协同作业机制研究

弱通信条件下无人船集群的协同作业机制研究

作者：董亿达大连海事大学

学位级别：硕士

无人船集群(Unmanned Surface Vehicles,USVs)技术的研究正随着智能技术的快速发展而得到广泛关注,是未来船舶的重要发展方向。考虑到可能执行的长距离或长时间的任务,无人船集群的通信能力会受到环境的影响而降低,因此研究弱通信下集... 详细信息

无人船集群(Unmanned Surface Vehicles,USVs)技术的研究正随着智能技术的快速发展而得到广泛关注,是未来船舶的重要发展方向。考虑到可能执行的长距离或长时间的任务,无人船集群的通信能力会受到环境的影响而降低,因此研究弱通信下集群的协同机制对于无人船集群的发展具有非常重要的意义。本文结合多智能体事件触发、演化博弈理论等方法,通过李雅普诺夫稳定性分析、隐蔽策略的引入,研究无人船集群在两种弱通信条件下的协同问题,研究内容如下:(1)考虑第一种弱通信条件,即无人船集群与控制中心仍可以保持通信的情况,针对无人船集群一致性问题,采用一种基于广播的事件触发方法进行无人船协同控制研究。向包含离散时间和连续时间动力学的多智能体系统引入了该事件触发机制,设计了混杂组合测量及混杂组合测量误差,采用分布式协议研究一致性问题。与现有工作相比,该事件触发方法在避免Zeno行为和减少控制更新的同时,进一步减少了每个智能体对于通信时间的需求。采用李雅普诺夫稳定性分析方法,并通过对不同初始状态和强度的事件触发仿真实验,验证了所设计模型的有效性。(2)考虑第二种弱通信条件,即无人船集群与控制中心通信中断,结合演化博弈理论设计无人船集群的自主协同机制,建立了考虑局部信息的合作-背叛-隐蔽三策略模型,三种策略分别对应无人船的三种行为:正常执行任务,非正常执行任务和隐蔽。采用自适应动力学,研究了不同参数条件下系统可能达到的均衡状态。研究发现,引入隐蔽策略可以有效减少系统中全背叛的发生。通过理论分析,得到了不同初始参数下的均衡状态,结果表明可以通过参数的调节来对演化结果进行干预从而辅助无人船进行自主决策。

关键词：无人船集群弱通信多智能体系统事件触发演化博弈

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于遗传粒子群算法的无人船集群目标分配

中国水运 2023年第8期 91-93页

作者：翟泽宇许志远邱文轩曲胜张晓鹏许航大连海洋大学航海与船舶工程学院辽宁大连116023

针对粒子群算法中目标点易受其他粒子影响的问题,提出一种基于遗传粒子群算法的无人船集群目标分配的方法,用粒子群算法获得无人船的目标点,并结合遗传算法对一些无人船的劣势目标点替换成优势目标点,完成设定的目标分配任务。实验结果... 详细信息

针对粒子群算法中目标点易受其他粒子影响的问题,提出一种基于遗传粒子群算法的无人船集群目标分配的方法,用粒子群算法获得无人船的目标点,并结合遗传算法对一些无人船的劣势目标点替换成优势目标点,完成设定的目标分配任务。实验结果表明,在目标分配问题中,遗传粒子群算法比粒子群算法所用时间和所走路径长度都有明显的减少,目标分配的成功率也有很好保证。

关键词：无人船集群粒子群算法遗传算法目标分配

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

一种基于A*算法的无人船集群协同围捕方法

一种基于A*算法的无人船集群协同围捕方法

2023届中国系统仿真与虚拟现实技术高层论坛

作者：陆阳陈志豪于家斌赵峙尧许继平陈阳北京工商大学计算机与人工智能学院北京工商大学智慧环保北京实验室

USV集群协同控制具有较高的工作效率,因此被广泛应用于动态目标围捕领域。然而,在围捕速度快、运动能力强的目标时,多USV需要借助障碍物或地图边界共同组成围捕编队才能够完成围捕。因此,本文提出了一种基于A*算法的无人船集群协同围捕... 详细信息

USV集群协同控制具有较高的工作效率,因此被广泛应用于动态目标围捕领域。然而,在围捕速度快、运动能力强的目标时,多USV需要借助障碍物或地图边界共同组成围捕编队才能够完成围捕。因此,本文提出了一种基于A*算法的无人船集群协同围捕方法。首先,在被围捕目标的前方生成U型阵,待目标进入围捕范围后,在被围捕目标周围生成虚拟圆,并在虚拟圆上生成虚拟结构点。其次,采用A*算法规划无人船到虚拟结构点之间的路径,实施围捕。为了验证算法的有效性,进行了实验,结果表明,本文算法具有较好的围捕效率和较高的围捕成功率。

关键词：无人船集群虚拟结构点 A*算法目标围捕路径规划

来源： cnki会议评论

在线全文

cnki会议

学校读者我要写书评

暂无评论

国外无人船集群运用特点分析及其应对启示

中国舰船研究 2023年第1期18卷 1-12页

作者：冯炜崔东华夏天冰闫昭琨王鸿东海军研究院北京100161 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240

无人船(USV)集群作为未来海上军事运用的重要组成力量,是各国海上无人装备的重要发展方向。首先,通过梳理总结当前国外无人船集群发展战略规划与运用现状,对无人船集群作战关键技术进行归纳分析,从集群自组网通信、战场态势感知、集群... 详细信息

无人船(USV)集群作为未来海上军事运用的重要组成力量,是各国海上无人装备的重要发展方向。首先,通过梳理总结当前国外无人船集群发展战略规划与运用现状,对无人船集群作战关键技术进行归纳分析,从集群自组网通信、战场态势感知、集群协同任务分配等3个方面剖析无人船集群相关技术的研究进展;然后,对无人船集群在军事上运用的典型样式和主要效益进行分析及研判;最后,总结分析当前应对无人船集群的难点,并对无人船集群应对的技术发展予以展望。

关键词：无人船集群海上无人作战无人系统集群协同作战使用特点

基于虚拟领航者和改进胡克定律的无人船集群避障

维普期刊数据库

同方期刊数据库博看期刊评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国舰船研究 2023年第1期18卷 78-88页

作者：闫炳成曹乐上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

[目的]针对无人船集群规避障碍物的问题,提出一种基于虚拟领航者和改进胡克定律的弹性集群编队控制方法。[方法]首先,根据障碍物的长和宽得到其外接椭圆,按照长宽比向外扩展出虚拟碰障区、避障反应区、自由航行区,实现水面避障物模型的... 详细信息

[目的]针对无人船集群规避障碍物的问题,提出一种基于虚拟领航者和改进胡克定律的弹性集群编队控制方法。[方法]首先,根据障碍物的长和宽得到其外接椭圆,按照长宽比向外扩展出虚拟碰障区、避障反应区、自由航行区,实现水面避障物模型的简化;其次,基于虚拟领航者和改进胡克定律,对编队各成员之间、各成员虚拟领航者之间的相对距离和速度予以约束,采用坐标形式设置编队队形,构建弹性编队模型,并基于障碍物的环形斥力场来实现单无人船的避障,以及在弹性集群编队的组织下实现无人船集群的避障;然后,通过优化处理无人船的航行过程,消除编队及避障过程中的“徘徊”和“振荡”等现象,使各无人船的运动更加平滑;最后,运用Matlab软件对由4艘无人船组成的集群编队进行仿真实验。[结果]实验结果表明,编队可成功绕过设置的所有障碍物,验证了所提方法的有效性和可行性。[结论]该方法可实现无人船集群对水面障碍物的规避,具备在一定复杂环境下的通过能力,可为无人船集群避障的应用及研究提供参考。

关键词：无人船集群避障虚拟领航者领航-跟随算法改进胡克定律

海面环境下的无人船平行物理仿真平台的设计与实现

维普期刊数据库博看期刊

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

海面环境下的无人船平行物理仿真平台的设计与实现

作者：郭谦电子科技大学

学位级别：硕士

随着无人船集群技术的加速发展,海上无人系统的研发与训练也变得至关重要。有效的海上无人系统能够打破单船能力的局限性,协同集群中每艘无人船从而激发出整个集群的力量。然而训练海上无人系统需要大量且有效的无人船实验数据,无人船... 详细信息

随着无人船集群技术的加速发展,海上无人系统的研发与训练也变得至关重要。有效的海上无人系统能够打破单船能力的局限性,协同集群中每艘无人船从而激发出整个集群的力量。然而训练海上无人系统需要大量且有效的无人船实验数据,无人船实验数据的获取不可避免地受到时间,环境,人力,财力等多种因素的限制,如何在短时间内低成本地获取海量训练数据将成为传统无人船训练系统一项新的挑战。本文经过对无人船训练系统的研究和分析,提出了一种海面环境下的无人船仿真平台。基于对海面环境的建模构建训练仿真环境,利用智能体建模方法对无人船进行抽象,从而对仿真对象进行统一高效管理。利用分布式架构部署仿真平台与无人系统,减小仿真平台与无人系统的耦合度,提高仿真平台的复用性。达到减少无人船训练系统的开发成本,提高无人系统训练效率的目的,最终将极大解决无人船实验数据获取少获取难的问题。针对仿真产生的训练数据缺乏真实性的问题,在无人船仿真平台基础上,本文提出平行物理仿真,首先分析海面环境因素再对海面环境进行建模与仿真,基于傅里叶变换对海浪进行模拟,利用物理引擎计算物理效应。从而使得无人系统借助仿真平台训练能够达到在传统训练系统内的训练效果。针对无人船控制接口与感知数据繁琐且复杂的问题,本文对无人船控制输入和感知输出的接口进行了抽象,简化了无人系统与仿真环境中无人船的交互方式,既保证了基于抽象接口的交互不会影响训练数据的正常生成,又保证了训练系统内的交互不会过于复杂,平衡了有效性和实用性。最后,本文通过设置对比试验对以上提出的仿真平台进行了功能验证,比较了平行仿真与一般仿真在数据有效性上的区别。再基于无人船协同对抗的场景,实现了海面环境下的无人船仿真与无人系统训练,验证了仿真平台的有效性和可行性。

关键词：无人船集群无人系统智能体仿真平台